[发明专利]一种考虑空冷器影响的天然气管道稳态运行优化方法

说明书

本发明公开了一种考虑空冷器影响的天然气管道稳态运行优化方法，以压缩机机组的能耗和空冷器机组的能耗之和最低为目标函数，每个压气站内以压缩机机组的能耗和开启空冷器机组的能耗之和为各站的能耗，设总压气站数量为n，整个长输管线的总能耗即为各站的能耗之和。本发明首次将空冷器能耗加入到优化模型中，考虑了空冷器、压缩机和管道系统之间的耦合关系，更贴合现场实际，同时增加了空冷器的开机数量作为优化变量以及空冷器的性能约束，使得模型求解难度大大增加，而根据此模型求得的优化方案能大幅降低全线压气站的能耗。

技术领域

本发明属于天然气长输管道稳态运行优化领域，尤其考虑空冷器对整个管道系统的影响，从而建立包括空冷器和压缩机的联合运行优化模型，采用启发式搜索算法求解，具体涉及一种考虑空冷器影响的天然气管道稳态运行优化方法。

背景技术

在天然气长输管道中，经过压缩机组加压后的天然气温度升高，从而造成天然气管线输送摩阻增大，进一步加大压缩机组的增压能耗，因此需要对压缩机出口天然气增加冷却设备，降低天然气出站温度。在压气站的运行过程中，常常会在压缩机出口布置空冷器，以此来降低压缩机出口天然气温度，而在压气站供电设计中，除了电驱压缩机组耗电外，空冷器也是压气站主要耗电的大型设备之一。当长输天然气压气站的压缩机出口天然气温度较高时，为了降低后续管道系统的输送摩阻损失，需要利用空冷器对压缩机出口气体降温，气体降温后输送温度降低，粘度降低，摩阻损失减小，从而提高下一压气站的进站压力，即所需的输送压力降低，压缩机所需提供的压力降低，降低了压缩机组能耗。同时开启空冷器机组会产生一定的耗电量，因此建立长输管线优化模型，寻求开启空冷器后的能耗最低点具有重要意义。

目前国内外对于长输管线空冷器优化运行研究的很少，2015年谢萍通过确定压气站出站温度，对比三座压气站的空冷器开机方案，从而比较压气站能耗，对于长输天然气管线来说，压气站数量较多，管线里程长，无法仅通过方案对比就得出结论。而国外对于长输天然气管线压气站空冷器的优化运行研究更是寥寥无几。

发明内容

本发明目的在于克服上述技术缺陷，建立空冷器及压缩机联合运行优化模型，所得到的优化结果可大幅降低整条管线的能耗，实现节能降耗、指导现场生产的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种考虑空冷器影响的天然气管道稳态运行优化方法，以压缩机机组的能耗和空冷器机组的能耗之和最低为目标函数，每个压气站内以压缩机机组的能耗和开启空冷器机组的能耗之和为各站的能耗，设总压气站数量为n，整个长输管线的总能耗即为各站的能耗之和，具体模型如下：

式中：F——全线压气站的总能耗；

i——第i座压气站；

F_ic——第i座压气站压缩机组的能耗；

F_ia——第i座压气站空冷器机组的能耗；

n——压气站的数量；

P_id——第i座压气站的出站压力；

c_i——第i座压气站压缩机的开机台数；

a_i——第i座压气站空冷器的开机数量。

作为优选方式，压缩机的能耗通过压缩机性能曲线计算压缩机所需提供的压头，然后计算压缩机功率获得。

作为优选方式，空冷器的能耗通过计算空冷器风机功率获得。

作为优选方式，根据空冷器基管换热面积与空气阻力的函数关系曲线图，求出空气阻力为ΔP₁，单位mmHg；

根据下式计算风机口的空气压力ΔP₂；